[发明专利]多孔氧化物掺杂的碳纳米管包裹的碳纳米球及其制备和应用

说明书

本发明涉及多孔氧化物掺杂的碳纳米管包裹的碳纳米球及其制备和应用，碳纳米球的制备包括以下步骤：(1)取聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与乙酸锌(Zn(Ac)₂)溶于去离子水中，再缓慢地滴加铁氰化钾(K₃[Fe(CN)₆)水溶液，静置，收集分离的固体产物，并在惰性气氛下高温碳化，得到碳纳米管包覆的C@Fe₃O₄纳米球；(2)再取步骤(1)制得的C@Fe₃O₄纳米球进行酸刻蚀处理，得到多孔的碳纳米管包覆的C@Fe₃O₄纳米球；(3)最后，对步骤(2)制得的多孔的碳纳米管包覆的C@Fe₃O₄纳米球进行载硫处理，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明可以有效改善现有锂硫电池正极材料利用率不高，循环性能较差等问题。

技术领域

本发明属于锂硫电池正极材料技术领域，涉及一种多孔氧化物掺杂的碳纳米管包裹的碳纳米球及其制备和应用。

背景技术

人类社会的迅速发展使得对能源的需求达到了前所未有的高度，传统的化石能源因为容量有限和环境污染已不能适应时代的发展，开发具有高效高能、环保的新型储能材料就成了发展所需。近年来，以石墨为负极的锂离子电池现在达到的实际容量已经越来越接近理论容量了，但仍旧达不到人们的生活需求。锂金属电池(LMBs)是最有希望的下一代高能量密度存储设备之一，它们具有前所未有的高理论比容量，能够满足新兴行业的严格要求。

锂硫电池由于高理论比容量(1675mAh g^-1),是现有锂离子电池比容量的数倍，而且硫具有低成本，储量丰富等优点。因此锂硫电池被视为最具有发展潜力的下一代高能量密度二次电池之一。

但由于正极硫的电导率低(5×10^-30S cm^-1)，且在放电过程中产生的中间体多硫化物易溶于有机电解液，致使锂硫电池活性物质利用率降低，溶解后的多硫化物还会迁移到负极，被还原成不溶物Li₂S₂/Li₂S而沉积于负极锂，使电极结构遭受破坏，造成电池容量大幅衰减，循环性能差，从而限制了进一步的开发应用。

中国专利CN103730664A公开了一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用，其包括以下步骤：(a)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、盐酸和亚铁氰化钾进行反应后，对反应混合物进行分离，得固体颗粒。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多孔氧化物掺杂的碳纳米管包裹的碳纳米球及其制备和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一在于提供了一种多孔氧化物掺杂的碳纳米管包裹的碳纳米球的制备方法，包括以下步骤：

(1)取聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与乙酸锌(Zn(Ac)₂)溶于去离子水中，再缓慢地滴加铁氰化钾(K₃[Fe(CN)₆)水溶液，静置，收集分离的固体产物，并在惰性气氛下高温碳化，得到碳纳米管包覆的C@Fe₃O₄纳米球；

(2)再取步骤(1)制得的C@Fe₃O₄纳米球进行酸刻蚀处理，得到多孔的碳纳米管包覆的C@Fe₃O₄纳米球(Fe₃O₄@CNTs nanospheres)；

(3)最后，对步骤(2)制得的多孔的碳纳米管包覆的C@Fe₃O₄纳米球进行载硫处理，即得到目的产物。